Partición en tres fases mejorada mediante ultrasonidos
- La partición en tres fases (TPP) es una técnica para extraer, separar y purificar componentes, como lípidos, enzimas, polisacáridos y otras biomoléculas, a partir de material biológico.
- La partición en tres fases asistida por ultrasonidos supera a la partición en tres fases convencional gracias a un mayor rendimiento, una mayor pureza y una rapidez excepcional.
- La partición en tres fases por ultrasonidos es aplicable a volúmenes pequeños y grandes y puede escalarse fácilmente a la producción industrial.
Partición en tres fases por ultrasonidos
Partición en tres fases
La partición en tres fases (TPP) es un proceso sencillo y eficiente de una sola etapa para separar, purificar y concentrar biomoléculas como enzimas, lípidos, polisacáridos, etc., a partir de mezclas complejas.
La TPP se realiza mediante la adición secuencial de una cantidad suficiente de sal (normalmente sulfato de amonio) y de un disolvente orgánico (principalmente t-butanol/tert-butanol). Se utilizan sales como el sulfato de amonio a un determinado grado de saturación para precipitar la proteína. Se añade un disolvente orgánico como el t-butanol para formar tres fases y eliminar compuestos de bajo peso molecular, como lípidos, compuestos fenólicos y algunos detergentes. Dado que el t-butanol tiene un punto de ebullición alto y es menos inflamable que el etanol y el metanol, el t-butanol es el disolvente preferido para la TPP.
Tras el tratamiento del extracto crudo y la decantación, la mezcla se separa en tres fases diferenciadas: la fase superior de disolvente (t-butanol) contiene compuestos apolares, que quedan separados de la fase acuosa inferior (que contiene compuestos polares) por un precipitado proteico en la interfase. Las proteínas de interés se distribuyen selectivamente en una fase y las demás proteínas contaminantes en la otra. Esto produce una purificación parcial y una concentración de la proteína. El proceso de extracción combina la precipitación de proteínas por efectos cosmotrópicos, por adición de sales, por codisolventes isotónicos y por efectos osmolíticos.
Partición en tres fases mejorada mediante ultrasonidos
La sonicación intensifica considerablemente el proceso de TPP. La partición en tres fases asistida por ultrasonidos se aplica con éxito a la separación y purificación de biomoléculas. Se ha aislado una amplia variedad de biomoléculas con mayor eficiencia y en menos tiempo. Por ejemplo, mediante TPP por ultrasonidos se han purificado enzimas de plantas (como bromelina, papaína, invertasa, polifenol oxidasa e inhibidores de la tripsina), de animales (como tripsina, α-quimotripsina, quimosina, pepsina y luciferasa) y de microorganismos (como lipasa, α-amilasa, α-galactosidasa, serratiopeptidasa, ciclodextrina glucosiltransferasa y enzimas fibrinolíticas). Una ventaja adicional de la partición en tres fases por ultrasonidos es el aumento de la actividad de diversas enzimas, que da lugar a rendimientos aparentemente superiores (en aprox. un 100%), ya que la enzima o proteína de interés precipita en la capa intermedia entre las fases orgánica y acuosa.
La partición en tres fases por ultrasonidos puede utilizarse eficazmente con muestras crudas y escalarse con facilidad.
La sonicación mejora considerablemente la partición en tres fases y permite obtener un mayor rendimiento y una mayor pureza en un tiempo de procesamiento drásticamente menor.
- mayor rendimiento
- recuperación rápida
- alta pureza
- ahorro de tiempo
- bajo coste
- fácil de realizar
- respetuosa con el medio ambiente
- para el laboratorio y la industria
Ejemplos de partición en tres fases por ultrasonidos (US-TPP)
TPP por ultrasonidos para la extracción de astaxantina
Para la extracción de astaxantina (AX), el tratamiento combinado de TPP y sonicación con el sonicador UP400S de Hielscher no solo es sencillo y fácil de aplicar, sino que también constituye una técnica muy eficiente para aislar AX de la biomasa bacteriana de Paracoccus NBRC 101723. Las variables operativas de la sonicación pueden optimizarse para obtener resultados óptimos de extracción. Los parámetros de procesamiento por ultrasonidos, como la amplitud, el tiempo, la temperatura y el recipiente de extracción (tamaño y forma), así como el tamaño de las partículas de la biomasa, afectan considerablemente a la liberación de AX de la biomasa mediante ultrasonidos. Para una extracción rápida y eficiente de AX, la ultrasonicación de biomasa húmeda ofrece mejores resultados que la TPP por ultrasonidos de biomasa seca. La TPP por ultrasonidos permite una recuperación de AX un 37% superior a la de la extracción convencional con disolventes. (véase Chougle et al. 2013)
TPP por ultrasonidos para la separación de andrografólido de Andrographis paniculata
El andrografólido es un diterpenoide de tipo labdano, valorado por sus potentes efectos antiinflamatorios, antioxidantes, hepatoprotectores, anticancerígenos y antidiabéticos. Los estudios comparativos muestran que la TPP por ultrasonidos no solo aumenta el rendimiento de andrografólido, sino que también mejora la actividad antioxidante en comparación con la TPP convencional.
Sonicadores de alto rendimiento para la partición en tres fases
Hielscher Ultrasonics está especializada en el diseño y la fabricación de sistemas ultrasónicos de alta potencia para la extracción y muchos otros procesos.
Nuestra gama de productos abarca sonicadores de laboratorio pequeños y potentes, robustos homogeneizadores de sobremesa y sistemas industriales de ultrasonidos de alto rendimiento. La amplia variedad de accesorios permite adaptar de forma óptima el sistema ultrasónico a los requisitos específicos de su proceso. Todos los sonicadores Hielscher están diseñados para funcionar 24/7 a plena carga.
Nuestra larga experiencia en el procesamiento por ultrasonidos nos permite asesorar a nuestros clientes desde sus primeras pruebas con ultrasonidos hasta la optimización del proceso y su implantación a escala industrial.
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Homogeneizador ultrasónico UP400St para la intensificación de la partición en tres fases
Bibliografía/Referencias
- Chougle, J.A: et al. (2013): Partición trifásica asistida por ultrasonidos (UATPP): una nueva técnica desarrollada para la extracción de astaxantina de Paracoccus NBRC 101723. CSBE/SCGAB 2013 – Annual Conference University of Saskatchewan, Saskatoon, 7-10th July 2013.
- Ketnawa, S. et al (2017): Partición de fases para la separación de enzimas: Una visión general y aplicaciones recientes. Revista internacional de investigación alimentaria 24(1), 2017. 1-24.
- Varakumar, S. et al. (2017): Extracción mejorada de oleorresina de polvo de rizoma de jengibre (Zingiber officinale) utilizando partición trifásica asistida por enzimas. Food Chemistry 216, 2017. 27-36.
- Yan J.-K. et al. (2018): Ultrasonido sinergizado con partición trifásica para la extracción y separación de polisacáridos de Corbicula fluminea y posibles mecanismos relevantes. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 40, Part A, 2018. 128-134.
Información de interés
Partición en tres fases (TPP)
La TPP es una técnica de bioseparación basada en la distribución de componentes polares, proteínas y componentes hidrófobos en tres fases constituidas por agua, sulfato de amonio y t-butanol.
Mediante la partición en tres fases se purifican numerosas enzimas de importancia terapéutica e industrial (como α-galactocidase, inhibidores de la α-amilasa y proteasa) y compuestos naturales (como diterpenos, entre ellos la forskolina y el andrografólido). Los pigmentos, los lípidos y los inhibidores enzimáticos se acumulan en la fase superior de disolvente, que queda separada de la fase acuosa inferior, donde se acumulan componentes polares como los sacáridos, por una capa intermedia de proteínas precipitadas. Dado que el t-butanol se une a las proteínas precipitadas mediante TPP, que se presentan como coprecipitados de proteína y t-butanol, flota entre las capas orgánica y acuosa y puede separarse y purificarse fácilmente. En general, las biomoléculas se recuperan en forma purificada en la interfase, mientras que los contaminantes se distribuyen principalmente en el t-butanol (fase superior) y en la fase acuosa (fase inferior).
Astaxantina
La astaxantina (3, 3´-dihidroxi-ß, ß-caroteno 4, 4´-diona) es un cetocarotenoide que pertenece a la clase de los terpenos. Como tetraterpenoide, se forma a partir de precursores de cinco carbonos: difosfato de isopentenilo y difosfato de dimetilalilo. La astaxantina es un pigmento vegetal de color amarillo anaranjado y, por tanto, se clasifica como xantofila. La astaxantina se encuentra principalmente en microalgas, levaduras, salmónidos, truchas, kril, camarones, cangrejos de río y crustáceos. Por su gran capacidad para neutralizar radicales libres, proteger la piel, ejercer efectos anticancerígenos y potenciar el sistema inmunitario, la astaxantina se utiliza como suplemento y como aditivo en alimentos, productos farmacéuticos y cosméticos. La TPP por ultrasonidos mejora el proceso de extracción y separación de astaxantina a partir de fuentes naturales y permite su producción económica a escala industrial.
UIP1000hdT – sonicador industrial de 1 kW